CN103591731B - 一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备 - Google Patents

Abstract

一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，包括一用于将冷水加热成热水的太阳能集热器、一用于储存及提供热水的储热桶、一用于提供室内冷气的冷气装置及一用于以高压气体发电的发电装置，其特点除了所述冷气装置不使用冷媒压缩机之外，在不需使用电力下，只需利用经过太阳能集热器加热的热水，就可获得兼具热水功能、冷房功能及发电功能，而且当户外温度越高，所获得的热水温度越高、室内冷气或中央空调冷气越冷以及电流发电量越大。

Description

一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备

技术领域

本发明涉及一种再生能源设备，尤指一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备。

背景技术

随着地球资源的日渐枯竭，提高再生能源的供应量与使用量已成为全球趋势。因此，可重复使用、能源转换效率佳、且对环境友善的新再生能源技术，不断地持续推陈出新。

在再生能源的现有技术中，利用太阳能的光热转换，已经广泛应用于各种工商业用途中，包括利用太阳能集热器供应家庭热水或利用太阳能发电供应大楼照明或冷气等。但，同时具备电力发电及供应冷气及热水三项功能的太阳能光热转换设备，却一直没有出现过。

发明内容

为此，本发明的主要目的在于提供一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，在不需使用电力的情况下，只需利用经过太阳能集热器加热的热水，就可获得兼具热水功能、冷房功能及发电功能，而且，户外的温度越热，所获得的热水温度越高、室内冷气或中央空调冷气越冷、电流发电量越大。

作为优选实施例，所述转换太阳能的电力、冷气及热水设备包括一用于将冷水加热成热水的太阳能集热器、一用于储存及提供热水的储热桶、一用于提供室内冷气的冷气装置及一用于以冷气装置呈高压气体状态的冷媒发电机提供电力的发电装置，其中，所述冷气装置不使用冷媒压缩机，包括一冷媒储气桶、一冷凝器、一膨胀阀、一蒸发器及连接于其间的冷媒管路，且所述发电装置设于所述冷凝器与所述膨胀阀间的冷媒管路上；所述储热桶设有一热水出水管路，用于供应热水经过所述冷气装置的冷媒储气桶，将热水热量传递给所述冷媒储气桶的冷媒，再回流到所述储热桶，使得冷媒储气桶的冷媒通过吸收热量迅速产生气体膨胀而成为高压高温热循环冷媒，再依序经过所述冷凝器、所述发电装置、所述膨胀阀及所述蒸发器后成为低压中温热循环冷媒，再回流到所述冷媒储气桶再循环使用；其中，从所述冷凝器出来的高压中温冷媒将带动所述发电装置产生发电功能及将电力输出；经过减压从所述电子式膨胀阀出来的低压低温冷媒，在流过所述蒸发器的时候，将使所述蒸发器周围的空气获得室内冷气效果。

作为优选实施例，所述转换太阳能的电力、冷气及热水设备的冷气装置，使用一冰水器取代蒸发器，适用于中央空调冷气。

作为优选实施例，所述转换太阳能的电力、冷气及热水设备进一步包括一热交换器，设于所述冷媒储气桶与所述冷凝器之间，供从所述冷媒储气桶出来的高压高温热循环冷媒进行第一次降温，再导引进入所述冷凝器进行第二次降温。

作为优选实施例，所述冷媒为选自环保冷媒R134a、R410A、R407C、R417A、R404A、R507或R23中的其中一种。

作为优选实施例，所述冷凝器为气冷式冷凝器。

作为优选实施例，所述膨胀阀为机械式膨胀阀或电子式膨胀阀。

作为优选实施例，所述冷气装置进一步包括在所述冷媒储气桶与所述冷凝器之间的冷媒管路上，设一电磁阀，以及在所述冷媒储气桶与所述蒸发器或所述冰水器之间的冷媒管路上，设一温度感知器及一冷媒交换器，用于侦测及调控从所述蒸发器或所述冰水器出来的冷媒温度，以维护所述冷气装置正常运转。

作为优选实施例，所述发电装置为由一冲动式汽轮机与一发电机结合而成的气体冲动式发电机模块。

作为优选实施例，所述发电装置进一步包括一太阳能光电模块和/或一储电设备。

本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备，是一种创新的再生能源设备，具有以下有益效果：

1.不需使用电力的情况下，只需利用经过太阳能集热器加热的热水，就可获得兼具热水功能、冷房功能及发电功能；

2.户外的温度越高，从太阳能转换成热水、冷气及电力的效果越佳，可供应温度越高的热水，冷房效果越冷的室内冷气及中央空调冷气，及输出电流量越大的电力。

附图说明

图1为本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备示意图，以及其同时供应热水、室内冷气及发电功能的说明图。

图2为本发明的另一种形态转换太阳能的电力、冷气及热水设备示意图，以及其同时供应热水、室内冷气及发电功能的说明图。

图3为本发明的又一种形态转换太阳能的电力、冷气及热水设备示意图，以及其同时供应热水、室内冷气及发电功能的说明图。

附图标记说明

10转换太阳能的电力、冷气及热水设备

20太阳能集热器

30储热桶

33电磁阀

35逆止阀

40冷气装置

41冷媒储气桶

42热交换器

43电磁阀

44冷凝器

45膨胀阀

46蒸发器

47冰水器

47a冰水进入管路

47b冰水流出管路

48冷媒交换器

49温度感知器

50发电装置

51气体冲动式发电机模块

52储电设备

53电流转换器

71冷水进水管路

72热水出水管路

73热水供应管路

74回流管路

75进水管路

76出水管路

77第一冷媒叉管

78第二冷媒叉管

M1加压泵浦

M2加压泵浦

M3加压泵浦

具体实施方式

如图1所示，本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10，包括一太阳能集热器20、一储热桶30、一冷气装置40及一发电装置50，在不需要供应电力的情况下，具有由所述太阳能集热器20及所述储热桶30供应热水、由所述冷气装置40供应室内冷气及所述发电装置50供应电力输出三项功能，而且，户外的温度越热，所述冷气装置40的室内冷气或中央空调冷气越冷。

热水功能：

所述太阳能集热器20是使用太阳辐射能为热源，具有将冷水加热成水温介于30～60℃热水的功能。但，所述热源可以使用太阳辐射能以外的热源取代，例如，使用焚化炉产生的热量作为热源，或使用内燃机水温达80～90℃的冷却水作为热源。

所述太阳能集热器20的进水端，连接一冷水进水管路71，用于对所述太阳能集热器20供应低温补给水。该冷水进水管路71可选择性与所述储热桶30相接，从水源处流入或经过热交换后回流到所述储热桶30的低温补给水，可通过该冷水进水管路71供应到所述太阳能集热器20的进水端。

所述太阳能集热器20的出水端，连接一热水出水管路72，与所述储热桶30相接。为了强力抽取低温补给水流入所述太阳能集热器20的进水端，该热水出水管路72可选择性使用一加压泵浦M1。从所述冷水进水管路71流入的低温补给水，经过所述太阳能集热器20加热成30～60℃热水后，将经过所述热水出水管路72送至所述储热桶30内储存，再由所述储热桶30供应热水供现场使用。所以，所述储热桶30兼具储存热水及供给热水的用途。

所述冷气装置40为不使用冷媒压缩机的冷气机，包括一冷媒储气桶41、一冷凝器44、一膨胀阀45及一蒸发器46，且各个组件之间，参照图1所示，利用冷媒管路连接其间。

储存于所述冷气装置40的冷媒管路内的冷媒，包括储存于所述冷媒储气桶41内的冷媒，是一种具有高膨胀系数、且制冷效果极佳的无毒、无味、无燃烧性等特性的液化气体（以下简称热循环冷媒），优选为选自环保冷媒R134a、R410A、R407C、R417A、R404A、R507或R23中的其中一种。

所述冷媒储气桶41需要满足以下设置条件：

1.所述冷媒储气桶41的结构，设有冷媒管路及水流管路，兼具储存及流动热循环冷媒功能、让热水流通过功能及让热水在流动过程中对储存于冷媒管路的热循环冷媒产生热交换功能；

2.储存于所述冷媒储气桶41的冷媒管路内的热循环冷媒，一吸收到从外界流进水流管路的热水传递来的热量，将迅速产生气体膨胀升高气体压力，而成为高压高温的热循环冷媒，最后从所述冷媒储气桶41的冷媒管路流出。

所述储热桶30通过一热水供应管路73及一回流管路74与所述冷媒储气桶41的水流管路相接，并且构成一循环水流回路。为了使所述储热桶30内的热水能够充分供应及不断地通过所述冷媒储气桶41的水流管路，所述热水供应管路73或所述回流管路74可选择性使用一加压泵浦M2；优选为所述热水供应管路73设有所述加压泵浦M2及一电磁阀33，且由所述电磁阀33依据供应热水的水温，进而控制所述加压泵浦M2运转。

所述储热桶30的热水供应源，是源自从太阳能集热器20加热而成的30～60℃热水，且持续保持水温介于30～60℃。当所述储热桶30的热水通过所述热水供应管路73而流入所述冷媒储气桶41的水流管路时，将对所述冷媒储气桶41的冷媒管路内的热循环冷媒产生热交换及进行热量传递，经过热交换降温的热水，经过所述回流管路74再回流到所述储热桶30内。此际，为了持续保持水温介于30～60℃，经过热交换后回流到所述储热桶30的降温热水（或称低温补给水），可选择经过太阳能集热器20加热后，再储存于所述储热桶30。

储存于所述冷媒储气桶41的冷媒管路内的热循环冷媒，其获得产生气体膨胀的能量转换来源，是源自吸收了所述太阳能集热器20使用太阳辐射能加热生成的热水热量。热循环冷媒在产生气体膨胀的过程中，热循环冷媒的气体膨胀速度，将取决于供给其能量转换的热水温度高低，当所述储热桶30供应热水的温度越高，等同户外的温度越热，所述太阳能集热器20供应热水的温度越高，将促进储存于所述冷媒储气桶41的冷媒管路内的热循环冷媒的气体膨胀速度越快，连带地成就热循环冷媒的气体膨胀压力越大。所述热循环冷媒产生气体膨胀后的气体压力，优选为达到25～50㎏/㎝2。

本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10的关键技术，在于所述冷媒储气桶41具备同类冷媒压缩机的功能；更具体而言，在不需要供应电力下，借助户外的温度热量，所述冷媒储气桶41能够促进储存于其冷媒管路内的热循环冷媒吸取所述太阳能集热器20加热生成的热水热量，并迅速产生气体膨胀成为高压高温(液气态)热循环冷媒后再输送出来，具备同类冷媒压缩机的功能。

如图1所示，从所述冷媒储气桶41输出的高压高温热循环冷媒，可以直接进入所述冷凝器44进行降低温度。或者，如图2所示，本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10的另一具体实施例，在所述冷媒储气桶41与所述冷凝器44之间，增设一热交换器42，从所述冷媒储气桶41输出的高压高温热循环冷媒，先导引通过该热交换器42进行第一次降温之后，再导引进入所述冷凝器44进行第二次降低温度。

所述热交换器42设有冷媒管路及水流管路，该热交换器42的水流管路两端，分别通过一进水管路75及一出水管路76与所述储热桶30相接，并且构成一循环水流回路。为了强力抽取所述储热桶30内的热水，使其源源不断进入所述热交换器42的水流管路，再经过所述出水管路76而回流到所述储热桶30，所述进水管路75可选择性使用一加压泵浦M3。

为了防止从所述热交换器42流出来的水流不会逆流回到所述热交换器42，所述出水管路76得设有一逆止阀35。

从所述冷媒储气桶41输出的高压高温热循环冷媒，其温度高于30～60℃，当流入所述热交换器42的冷媒管路时，对从所述储热桶30流出且进入所述热交换器42的水流管路内的30～60℃热水，将产生热交换及进行热量传递，使得流经所述热交换器42的热水获得加温升高热水温度后，再回流到所述储热桶30内备用，而经过热交换降温的高压高温热循环冷媒，将顺着冷媒管路再进入所述冷凝器44进行第二次降低温度，且经过降温后成为高压中温(气态)热循环冷媒。

所述冷凝器44的用途，是用于将高压高温热循环冷媒的热量带走，使热循环冷媒获得冷凝作用及降低温度后成为高压中温(气态)热循环冷媒。所述冷凝器44可选用水冷式冷凝器或气冷式冷凝器，优选为使用气冷式冷凝器。

所述膨胀阀45的用途，是用于将高压中温热循环冷媒经过减压后成为低压低温(气态-汽态)热循环冷媒。所述膨胀阀45可为机械式膨胀阀或电子式膨胀阀，优选为使用电子式膨胀阀。依驱动方式区分，所述电子式膨胀阀可选用脉冲式、加热式或马达式电子式膨胀阀。

所述蒸发器46的用途，是用于使低压低温热循环冷媒吸收室内空气的热量产生蒸发及升高温度后成为低压中温热循环冷媒，同时使得室内获得冷房效果。

冷气功能：

所述冷气装置40产生冷气的运转方式，是由所述冷媒储气桶41的热循环冷媒吸取所述储热桶30供应的热水热量后，也等同是吸取所述太阳能集热器20集中户外温度加热生成的热水热量后，迅速产生气体膨胀而成为高压高温热循环冷媒，因为与所述冷气装置40的其它冷媒管路内的热循环冷媒造成压差关系，所述高压高温热循环冷媒将顺着冷媒管路直接输送到或中途经过所述热交换器42再输送到所述冷凝器44降温为高压中温热循环冷媒，再经过所述发电装置50将部分热能转换成电能后，进入所述膨胀阀45减压成低压低温热循环冷媒，再流到所述蒸发器46吸收室内空气热量，同时利用鼓风机将获得降温的室内空气吹送到室内空间造成冷房效果。

如图3所示，本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10的另一具体实施例，是将所述冷气装置40中的蒸发器46使用一冰水器47取代，使得本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10也可以使用于中央空调冷气系统。

所述冰水器47上接有一冰水进入管路47a及一冰水流出管路47b。中央空调系统所使用的冰水，周而复始地从所述冰水进入管路47a进入所述冰水器47内，再与经过所述膨胀阀45减压的低压低温热循环冷媒进行热交换成为更低温的冰水后，再从冰水出水管路47b流入中央空调系统的空调箱(图未示出)内与空气进行热交换，经冰水吸热后的冷空气，由空调箱的送风机送出冷气至室内。

经过所述蒸发器46或所述冰水器47产生冷房效果后而输出的低压中温热循环冷媒，将再回流到所述冷媒储气桶41的冷媒管路内，再次经历吸收通过所述冷媒储气桶41的水流管路内的热水热量及再产生气体膨胀，以及周而复始再循环使用。

如图1所示，所述发电装置50是包括一汽轮机及一发电机的装置，是一种以气态热循环冷媒为工质的旋转式热能动力机械，运用高温中压气态热循环冷媒的能量，就可以推动汽轮机的叶片运转带动发电机发电的装置。所述发电装置50可选用冲动式汽轮机或反动式汽轮机与发电机结合，优选为使用由一冲动式汽轮机与一发电机结合而成的气体冲动式发电机模块51。

发电功能：

如图1所示，本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10，将所述气体冲动式发电机模块51设于所述冷凝器44与所述膨胀阀45之间的冷媒管路上，从所述冷凝器44出来的高压中温(气态)热循环冷媒，在经过所述气体冲动式发电机模块51的时候，其能量足以带动所述气体冲动式发电机模块51产生发电功能之外，并足以驱使因经过发电产生热能损耗的热循环冷媒继续循环进入所述膨胀阀45进行减压。

所述发电装置50进一步包括一储电设备52，用于储蓄由所述发电装置50所生产的交流电力或直流电力，再通过使用一电流转换器53将电力输出。所述电流转换器53可选用逆变器和/或整流器，其中，逆变器用于将直流电变换成交流电；整流器用于将交流电变换成直流电。

所述发电装置50进一步再包括一太阳能光电模块(图未示出)，用于将太阳辐射能转换成电力，再输送到所述储电设备52储存及备用。

如图2或图3所示，本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10的另一具体实施例，是在所述冷气装置40的冷媒储气桶41与冷凝器44之间的冷媒管路上，优选是在所述冷气装置40的热交换器42与冷凝器44之间的冷媒管路上，设一电磁阀43；以及，在所述冷气装置40的冷媒储气桶41与蒸发器46或冰水器47之间的冷媒管路上，设一冷媒交换器48及一温度感知器49。

所述冷媒交换器48设有一高温冷媒管路及一低温冷媒管路，从所述蒸发器46或所述冰水器47输出的热循环冷媒，可以通过所述冷媒交换器48的低温冷媒管路再回流到所述冷媒储气桶41的冷媒管路。

所述冷媒交换器48的高温冷媒管路两端，分别连接一第一冷媒叉管77及一第二冷媒叉管78。其中，该第一冷媒叉管77的另一端，与连接所述电磁阀43的冷媒进口端的冷媒管路相接；该第二冷媒叉管78的另一端，与连接所述电磁阀43的冷媒出口端的冷媒管路相接。

所述温度感知器49的用途，是用于侦测在所述蒸发器46或所述冰水器47产生冷房效果且从所述蒸发器46或所述冰水器47输出的热循环冷媒的温度。

所述电磁阀43的用途，是用于参考所述温度感知器49取得的温度侦测信号而精确控制阀门的开启或关闭，以调控回流到所述冷媒储气桶41的热循环冷媒的温度。

在正常运转状态下，从所述冷气装置40的蒸发器46或冰水器47输出的热循环冷媒，应以低压中温状态回流到所述冷媒储气桶41的冷媒管路。所以，从所述蒸发器46或所述冰水器47输出的热循环冷媒的温度，需维持及控制在一定温度范围之内。

当所述温度感知器49侦测到热循环冷媒温度维持在正常范围内，所述电磁阀43的冷媒进口端与冷媒出口端呈通路状态，从所述冷媒储气桶41输出或中途经过所述热交换器42输出的高压高温热循环冷媒，将顺着冷媒管路通过所述电磁阀43流到所述冷凝器44降温为高压中温热循环冷媒。此际，所述冷气装置40维持正常运转，所述冷媒交换器48的高温冷媒管路几乎不会对低温冷媒管路产生热交换及进行热量传递。

当所述温度感知器49侦测到热循环冷媒温度没有维持在正常范围内，例如热循环冷媒温度过低，所述电磁阀43的冷媒进口端与冷媒出口端呈闭路不通状态时，从所述冷媒储气桶41输出或中途经过所述热交换器42输出的高压高温热循环冷媒，将顺着所述第一冷媒叉管77流入所述冷媒交换器48的高温冷媒管路，再从所述第二冷媒叉管78流到所述冷凝器44降温为高压中温热循环冷媒。此际，所述冷气装置40维持正常运转，通过所述冷媒交换器48的高温冷媒管路的高压高温热循环冷媒，对通过所述冷媒交换器48的低温冷媒管路的低温热循环冷媒，将产生热交换及进行热量传递，使得从所述蒸发器46或所述冰水器47输出的热循环冷媒获得加温以低压中温状态回流到所述冷媒储气桶41的冷媒管路。

综上所述，本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10，当户外的温度越高，将有助于使太阳能集热器20供应的热水温度越高，更有助于使所述冷媒储气桶41的热循环冷媒吸取热水热量越高，进而导致转换太阳能的电力及冷气效果越佳。所以，户外的温度越高，本发明的转换太阳能的电力、冷气及热水设备10能够供应温度越高的热水，冷房效果越冷的室内冷气或中央空调冷气，以及输出电流量越大的电力。

以上所揭示的内容，乃本发明较佳的具体实施例，举凡与本发明的发明目的与所能达成的效果，系构成所谓的等效或均等，且属为本领域技术人员能够轻易完成的简易修改、修饰、改进或变化，应俱不脱离本发明得以涵盖主张的专利保护范畴。

Claims (9)

1.一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，包括：

一太阳能集热器，用于以太阳能将冷水加热成热水；

一储热桶，用于储存经过所述太阳能集热器加热的热水及提供热水；

一冷气装置，用于提供室内冷气；及

一发电装置，用于以所述冷气装置呈高压气体状态的冷媒发电及提供电力；

其特征在于，所述冷气装置不使用冷媒压缩机，包括：

一冷媒储气桶、一冷凝器、一膨胀阀、一蒸发器及连接于其间的冷媒管路；其中，所述发电装置设于所述冷凝器与所述膨胀阀间的冷媒管路上；所述储热桶设有一热水出水管路，用于供应热水经过所述冷气装置的冷媒储气桶再回流到所述储热桶；以及，所述冷媒储气桶的冷媒吸收热水热量产生气体膨胀成为高压高温热循环冷媒，再依序经过所述冷凝器、所述发电装置、所述膨胀阀及所述蒸发器后，再回流到所述冷媒储气桶再循环使用，且在循环过程中使得所述蒸发器产生室内冷气效果。

2.如权利要求1所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，其中，所述冷气装置使用一冰水器取代所述蒸发器，以供应中央空调冷气。

3.如权利要求1或2所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，进一步包括一热交换器，设于所述冷媒储气桶与所述冷凝器间的冷媒管路上，供从所述冷媒储气桶出来的高压高温热循环冷媒进行第一次降温，再导引进入所述冷凝器进行第二次降温。

4.如权利要求1或2所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，其中，所述冷气装置的冷媒，选自环保冷媒R134a、R410A、R407C、R417A、R404A、R507或R23中的其中一种。

5.如权利要求1或2所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，其中，所述冷气装置的冷凝器，为气冷式冷凝器。

6.如权利要求1或2所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，其中，所述冷气装置的膨胀阀，为机械式膨胀阀或电子式膨胀阀。

7.如权利要求1或2所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，其中，所述冷气装置进一步包括：

一温度感知器，用于侦测从所述蒸发器或所述冰水器出来的冷媒温度；

一冷媒交换器，设于所述冷媒储气桶与所述蒸发器或所述冰水器之间的冷媒管路上，供回流到所述冷媒储气桶的热循环冷媒获得加温，及

一电磁阀，设于所述冷媒储气桶与所述冷凝器之间的冷媒管路上，且参考所述温度感知器取得的温度侦测信号而控制阀门开启或关闭，使得从所述冷媒储气桶输出或中途经过所述热交换器输出的高压高温热循环冷媒，经过所述电磁阀或不经过所述电磁阀而绕道经过所述冷媒交换器后，再进入所述冷凝器，以调控回流到所述冷媒储气桶的热循环冷媒温度。

8.如权利要求1或2所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，其中，所述发电装置为一气体冲动式发电机模块，由一冲动式汽轮机与一发电机结合而成。

9.如权利要求1或2所述的一种转换太阳能的电力、冷气及热水设备，其中，所述发电装置进一步包括一太阳能光电模块和/或一储电设备。